Water smeert nanomechaniek

Mechaniekjes op molecuulschaal bewegen een stuk vlotter met watermoleculen in de buurt. Dat schrijven onderzoeker Sander Woutersen van de Universiteit van Amsterdam en collega’s in Nature Chemistry (1 september). Ze kwamen bij toeval op het spoor van de watersmering bij hun onderzoek naar moleculaire machines.

Dat zijn bewegende constructies van meerdere moleculen: bijvoorbeeld een staafvormig molecuul dat door een ringvormig molecuul gestoken is. De ring wordt aan beide kanten tegengehouden door de verdikte uiteinden van de staaf. De ring kan heen en weer schieten tussen beide einden.

Gek genoeg verliepen deze bewegingen sneller of langzamer afhankelijk van welke fles oplosmiddel de onderzoekers hadden gebruikt. Dat kwam, zo bleek, doordat water uit de lucht in het oplosmiddel oplost als de fles openstaat: bij toevoeging van meer water steeg de heen-en-weer-schiet-snelheid met een factor vier.

De verklaring voor de smerende werking van water: de geteste moleculaire machines bevatten waterstofbruggen. Dat zijn vrij zwakke, vaak kortstondige verbindingen tussen waterstof van één molecuul en zuurstofatomen in een naburig molecuul.

De kleine watermoleculen vormen gemakkelijk zulke waterstofbruggen. Ze kunnen zich gemakkelijk tussen het krachtenspel in wringen, zodat de ring gemakkelijker loskomt van één van de uiteinden.

Toch bleek dat te simpel gedacht: moleculen als methanol en butanol, die ook goed waterstofbruggen vormen, werken juist niet als smeermiddel.

Nu houden de onderzoekers het erop dat water als enige molecuul driedimensionale netwerken van waterstofbruggen kan vormen, die helpen bij het stabiliseren van de ring tijdens de oversteek.

Bruno van Wayenburg